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机场派人看守发动机?防撒币,为啥不干脆给引擎戴个口罩?

果壳  · 公众号  · 科学  · 2017-07-01 00:13

正文

老人往南航飞机发动机里撒硬币祈福导致飞机延误的离奇事件总算落下帷幕,但一石激起千层浪,相关的讨论还远未结束。比如:




再比如:

真是够了……

在这起事件引发的广泛讨论中,有一种声音非常有趣——既然发动机这么“脆弱”, 何不在进气口上罩个纱网呢 ?这样硬币、砂石、飞鸟或者人体就都不会被钻到发动机里作乱了。就像电风扇外面的保护罩一样。

这么简单直接的思路,怎么可能没人干呢。

飞机不飞的时候,拿个盖子或者罩子把发动机进气口排气口什么的封起来,这是很常见的做法。

那发动机工作的时候能不能戴口罩?


一张“珍贵”的老照片

这是一张老照片,照片里是世界上第一代喷气式飞机中最著名的一种——二战时期德国梅塞施密特的Me-262双发喷气式战斗机。

今天的飞机已经跟Me-262很不一样了,但当今的发动机却和这架战斗机上的Jumo-004发动机结构相差无几。

在当时,这两台发动机算得上“推力强劲”,如何布置它们?工程师们也颇费了一番思量,在综合了结构设计、可维护性、武器装备等因素之后,Me-262采用了 翼吊式布局 ,也就是把发动机挂在机翼下面。

这样的好处之一就是 不需要为发动机设计复杂的进气道 。如果把发动机埋在机身里,怎样让空气流入发动机就是一个大难题。涡轮喷气发动机工作时需要大量的空气,进气道设计不好,发动机就有可能 上不来气或者噎到 。想象一下冬天迎着大北风走路的时候你是不是经常被风噎住无法呼吸……

翼吊式布局省了进气道设计的难题,但同时产生了一个副作用,那就是 进气口离地太近了 。那时候的机场很多条件不好,跑道就是土质的或者草地的……万一吸进杂物,就会损坏发动机。

所以,如果你仔细看这张照片,你会看到发动机进气口上有一个半球形的罩子。说明当时梅塞施密特的工程师们确实想过进气道保护罩这个主意,并且还真试了。


那为什么说这张照片珍贵呢?因为这是我唯一找到的证明Me-262用过进气口保护罩的实证……不管是留下来的文物还是其他的照片上都看不到这个装置。这也许说明口罩的实验结果并不理想。不理想的原因可能有以下几个:

  1. 它很尴尬。能被它拦住的细小杂物(包括硬币)对发动机很难产生毁灭性的破坏,而那些 致命的大动能外物 ,不管是因为速度快还是质量大,一层口罩显然是拦不住的。反而撞烂了的保护罩本身就成了致命的碎片。

  2. 做个结实耐操的?理论上可行,但是带来的 额外重量和对进气的阻挡 又会让飞机的性能显著下降。

  3. 喷气式飞机经常飞行的区域经常会造成 机体结冰 ,不但会增加飞机的死重,还会严重破坏飞机的气动外形,被气流吹落的碎冰块还可能会撞坏飞机。进气道保护罩这样的结构是最容易产生积冰了,堵住进气道不说,碎冰被吸进发动机……防止结冰或者除冰的方法不是没有,又要增加额外的复杂性,重量、成本、可靠性……

说白了,就是 不合算 :跑道上的杂物可以派人及时清扫,鸟撞虽然不罕见,但是真正像萨利机长那样的一下撞坏所有发动机的航空史上屈指可数。提高发动机的可靠性,保证飞机一个发动机损坏的情况下还能安全飞行,这些举措更有意义。毕竟发动机损坏也不只有吸入异物这一种可能。


直升机:必须戴罩!

现在确实有一类飞行器的涡轮发动机外面罩着口罩, 这就是直升机

美国西科斯基CH-47支奴干重型运输直升机后机身的特写,可以看到莱康明T55涡轮轴发动机的进气口上罩着圆锥形的金属网

为啥?看下面这图就明白了。

直升机的巨大旋翼会把地上一切没有固定好的小玩意儿吹得到处飞,发动机要是不加口罩,没几次就得报废了。不光是这种罩网, 很多直升机发动机进气口上还装着离心式的沙尘分离装置。

直升机能装口罩,除了迫不得已,它们发动机空气流量较小,飞行速度也慢,基本上也不会飞到积冰区那么高,所以,这不一样。

如果 战斗机 之类的也要在这样恶劣的跑道起降,那也得想点办法。


米格29:

口罩哪里够?给我拿盖板来!

比如前苏联米格设计局的经典产品米格29,它定义为前线战斗机,需要野战机场起降,因此,米格的设计师干脆在进气道里设计了一块可以移动的盖板。 注意,是盖板,不是网罩。 在起降的时候盖板可以完全封死进气道入口。那发动机的空气从哪来?在机身上部开了 两扇巨大的百叶窗 ,起降时百叶窗打开进气……

这复杂的设计不但增加了额外的重量,还占用了珍贵的机体空间,让米格29载油量很少。在后期的改进型里,我们就(终于)看不到这个蛋疼的构件了。


(险些)被吸进发动机里的人

二战以后,喷气式飞机发展的速度比音速还快。喷气式发动机的推力越来越大。凑近这样的大吸力“油烟机”是什么感觉?

放心,今天我不会给大家看西红柿鸡蛋汤。

1991年2月20日,“沙漠风暴”结束前一周,美军罗斯福号核动力航母正在海湾游弋,各种军机昼夜不停的起降。这天夜间,一架格鲁曼A-6“入侵者”攻击机滑上起飞线,准备弹射入夜空,把成吨的炸弹扔到伊拉克人头上。这种重型飞机装配了两台普惠的J-52涡喷发动机,每台的最大空气流量大约 每秒80千克

这架A-6被挂上了航母的飞机弹射器,飞行员把油门推到最大,就准备上天了。这时, 20岁的大兵JD Bridges鬼使神差的觉得得再检查一下弹射器挂钩是不是跟飞机的前起落架连接好了,于是猫着腰钻了过来。

剩下的你都看见了,B哥变成了马克夏加尔名画《生日》的男主角,可惜他要亲吻的是死神。

火光一闪,甲板上的其他大兵肯定闪念了:完了完了,要刷甲板了。

然而B哥没死,他被卡在了进气道里,头盔、护目镜和马甲都被吸进了发动机,产生了火光。飞行员意识到出了问题马上把发动机给关了。B哥只受了点轻伤,下面这段事故发生之后几小时舰上的文宣录下来的采访。

这是十几年后B哥回忆这段人生中最灿烂的几秒钟。


隐形飞机:

比戴口罩还麻烦的进气口

说到钻进气道,这位仁兄钻得就比较安全。

这是一位美国大兵在检查人类第一种完全隐身设计的飞机——F-117A的进气道。诶?这位仁兄的下半身怎么还隐形了呢?按说从进气口不应该能看到他的身体吗?凑近了看就有意思了。

F-117A的进气道口上真扣了金属网。不过,这网子挡的东西可不是异物,而是雷达波。再借A-6的进气道特写看一下,从进气口往里看,就是发动机了。不知道B哥看到这照片会不会又抽过去。

旋转的发动机叶片是一个强烈的雷达反射源 ,洛克希德臭鼬工厂的工程师们用精心设计的金属网阻挡了特定雷达波的照射。而今天更多的隐身设计的飞机会用弯曲的进气道避免雷达波直射发动机。不管哪种方式,都会影响进气道的效率,但是隐身才是最大的KPI,没办法,忍了。


民用飞机,戴不戴罩?

说了这么多跟大家生活没啥关系的军用飞机,再回过头来说 民机 。听起来民机似乎没有军机那么有劲,但是发动机的吸力可不是这么回事。民航发动机对经济性非常敏感,要大推力,还省油,所以事实上, 民用飞机发动机是越来越粗了……

民用大飞机发动机的空气流量非常惊人。比如撒币事件的主角,CFM56-5B发动机,最大的空气流量可达每秒300千克。大家可能对空气的密度没什么直观的认识,这么说吧, 如果你坐在一架空客A320客机里,飞机只需启动一台发动机,就可以在不到一秒的时间里把整个机舱抽成真空 。而像波音777装配的通用电气GE-90这样的直径3米多的超级航空发动机,最大的空气流量更是高达每秒一吨多。

下次坐飞机如果在经济舱前排靠窗的位置,不妨留意一下发动机侧面画的警示标志。







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